Физици от САЩ и Южна Корея описаха възможен сценарий за развитието на Вселената след Големия взрив, който се различава от общоприетия от науката. Според този сценарий вече няма да бъде възможно да се открият нови елементарни частици на Големия адронен колайдер (LHC) в ЦЕРН. Също така алтернативен сценарий ви позволява да решите проблема с йерархията на масите. Изследване, публикувано на arXiv.org
Теорията се нарича Натуралност. Определя се на енергийни скали от реда на електро-слабото взаимодействие, след разделянето на електромагнитните и слабите взаимодействия. Това беше около десет при минус тридесет и две - десет при минус дванадесет секунди след Големия взрив. Тогава, според авторите на новата концепция, във Вселената съществува хипотетична елементарна частица - rechiton (или reheaton, от английския reheaton), чието разпадане доведе до формирането на наблюдаваната днес физика.
Тъй като Вселената ставаше по-студена (температурата на материята и радиацията намалява) и плоска (геометрията на пространството се приближаваше до Евклид), Рехитонът се разпада на много други частици. Те са образували групи от частици, които почти не си взаимодействат помежду си, почти идентични по набор от видове, но се различават по масата на Хигсовия бозон и следователно в собствените им маси.
Броят на такива групи частици, които според учените съществуват в съвременната Вселена, достига няколко хиляди трилиона. Физиката, описана от Стандартния модел (SM), и частиците и взаимодействията, наблюдавани при експерименти в LHC, принадлежат към едно от тези семейства. Новата теория позволява човек да се откаже от свръхсиметрията, която все още се опитва да открие неуспешно, и решава проблема с йерархията на частиците.
По-специално, ако масата на бозона на Хигс, образуван в резултат на разпад на рехитон, е малка, тогава масата на останалите частици ще бъде голяма и обратно. Това решава проблема с йерархията на електрослабването, свързана с голямата пропаст между наблюдаваните експериментално маси от елементарни частици и енергийните скали на ранната Вселена. Например, въпросът защо един електрон с маса 0,5 мегаелектронволта е почти 200 пъти по-лек от мюон със същите квантови числа, изчезва от само себе си - във Вселената има точно същите групи от частици, при които тази разлика не е толкова силна.
Според новата теория, бозонът на Хигс, наблюдаван при експерименти в LHC, е най-леката частица от този тип, образувана в резултат на разпадането на рехитон. По-тежките бозони са свързани с други групи от все още неоткрити частици - аналози на днес открити и добре проучени лептони (не участващи в силното взаимодействие) и адрони (участващи в силното взаимодействие).
Нима Аркани-Хамед
Промоционално видео:
Снимка: EP Departement / CERN
Новата теория не отменя, но прави не толкова необходимо въвеждането на суперсиметрия, което предполага удвояване (поне) на броя на известните елементарни частици поради наличието на супер партньори. Например за фотон - фототино, кварк - скуоп, Хигс - Хигсино и т.н. Спинът на суперпартньорите трябва да се различава с половин цяло число от завъртането на първоначалната частица.
Математически частица и суперчастица се комбинират в една система (супермултиплет); всички квантови параметри и маси на частици и техните партньори съвпадат в точна суперсиметрия. Смята се, че суперсиметрията е нарушена в природата и следователно масата на суперпартньорите е много по-голяма от масата на техните частици. За откриване на свръхсиметрични частици бяха необходими мощни ускорители като LHC.
Ако съществуват суперсиметрия или някакви нови частици или взаимодействия, тогава според авторите на новото изследване те могат да бъдат открити в мащаб от десет тераелектронволта. Това е почти на границата на възможностите на LHC и ако предложената теория е вярна, откриването на нови частици там е изключително малко вероятно.
CM версии
Изображение: arXiv.org
Сигнал близо до 750 гигаелектронволта, който би могъл да показва разпадането на тежка частица в два гама фотона, както се съобщава от учените от CMS (Compact Muon Solenoid) и ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS), работещи в LHC през декември 2015 и март 2016 г., признат за статистически шум. След 2012 г., когато стана известно за откриването на бозона на Хигс в CERN, не бяха разкрити нови основни частици, предвидени от разширенията на SM.
Следователно се очаква появата на теории, в които изчезва нуждата от свръхсиметрия. "Има много теоретици, включително и аз, които вярват, че сега е напълно уникален момент, когато решаваме важни и системни въпроси, а не засягащи подробностите на всяка следваща елементарна частица", казва водещият автор на новото изследване, физикът Нима Аркани-Хамед от Принстънския университет (САЩ).
Неговият оптимизъм не се споделя от всички. Например, физикът Мат Щраслер от Харвардския университет смята, че математическата обосновка на новата теория трябва да бъде измислена. Междувременно Пади Фокс от Националната ускорителна лаборатория Енрико Ферми в Батавия (САЩ) смята, че новата теория може да бъде тествана през следващите десет години. Според него частиците, образувани в група с всякакъв тежък бозон на Хигс, трябва да оставят следите си върху реликтовата радиация - древната микровълнова радиация, предвидена от теорията за Големия взрив.
Андрей Борисов